CN100558443C - 一种过滤介质及制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中铝的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的重量比为：150～300∶100～250∶200～350∶20～80；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的铝，去除率达到85%以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。

Description

一种过滤介质及制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机

技术领域

本发明涉及一种去除水中铝的过滤介质及其制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。

背景技术

工业和农业的迅速发展导致水资源遭到严重破坏，工业废水排放到江河、湖泊中，农药、杀虫剂等大量使用以及生活垃圾和生活废水的肆意排放，这些都造成地下水和地表水的水质变差，导致水中产生很多对人体有害的物质。水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。

铝是人们熟悉的金属元素，在地壳中的含量为7.45％，仅次于氧元素和硅元素，在环境中广泛存在。过去曾认为铝对人体是无害的。随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，环保意识和自我保健意识的增强，人们对铝的认识也逐步深化，其生物毒性效应也被人们逐渐认识。铝不是人体的必需元素，人体缺乏铝时，不会给人体带来什么损害，反之，铝盐能致人体中毒。早在1965年，克拉佐首次发现铝中毒的兔脑内，出现了老年性痴呆特有的神经元纤维缠结病变，但当时并未引起人们的重视。直到1973年他又根据研究结果指出猫的大脑皮层含铝量的增多，使猫出现了明显的脑功能障碍，这才使得人们对铝中毒有了进一步的认识。大量的研究显示，铝是一种对人体健康有害的元素，可在人体内蓄积并产生慢性毒性。铝可在脑组织中蓄积，引起中枢神经功能紊乱；铝直接作用于骨组织，引起骨病理改变；铝可引起红细胞低色素性贫血，影响多种酶系统的活性，对造血系统产生毒性；铝对免疫功能有明显抑制作用；铝还具有胚胎毒性和致畸性等等。

神经系统是铝作用的主要器官，铝盐一旦进入人体，首先沉积在大脑内，可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。参与这项工作的研究人员说，对老鼠的实验表明，仅给它们喝下一杯经铝盐处理的水后，它们脑中的铝含量就达到可测量水平。对老鼠的研究发现，混在饮用水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累。研究人员对痴呆病人的研究发现，这类病人脑内有30％新皮层区的铝浓度大于4微克/克(干重)，患者脑部神经元细胞核内，铝的含量为健康人的4倍，最大达30倍。研究人员认为，如果随时间推移，铝在脑中逐渐积累，就会杀死神经元，使人的记忆力丧失。人的一生都在喝铝盐净化过的水，吃含铝盐的食品，因此到人类的老年期时，体内已经积累了很多铝。因此早老性痴呆症发病率在世界范围内普遍上升。

铝对骨有毒害作用。黄国伟等采用无血清体外培养方法观察不同剂量铝对人胚成骨细胞生长及形态影响，结果显示高铝组细胞成活数显著低于对照组和低铝组，而细胞变性坏死率则明显高于对照组和低铝组。说明高剂量铝可抑制体外培养的人胚成骨细胞的成长发育，并对其产生一定的毒性作用。

铝的毒性作用还包括对免疫系统功能的明显抑制。

世界卫生组织提出人体每天摄入体内的铝量不应超过每千克体重1毫克，也就是说不能超过人体体重的百万分之一，一般情况下一个人每天摄取的铝量不会超过这个量，但是，如果经常喝含铝盐量高的水，吃含铝盐的食物，如油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的饮料等，或者经常使用铝制炊具炒的菜，都会使人体摄入铝的量增加，从而引发相应的病症。

天然水中的铝含量很低，但是若使用含铝的混凝剂或明矾来净化水，则会增加水中的铝含量，高水氟地区使用铝盐除氟也可致水中的铝残留。另外，酸雨的增多也增加了土壤中铝的溶出。并且饮用水中的铝较易吸收，因为水中的铝多为游离型，游离型铝分子量小易于通过肠壁进入血液，而且它的生物半衰期较长，低浓度也可以产生蓄积。而水是人体接触最多的物质，因此严格控制饮用水中铝含量，对人类预防铝的毒害有着重要意义。我国建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》首次对饮用水中铝含量做出了明确规定，即不得高于0.2mg/L。

目前，常规的水处理过滤工艺对水中铝的去除率一般在40％左右；其中对悬浮态铝有较好的截留，但是对溶胶态铝去除效果并不好，特别是对溶解态铝去除效果差，对溶解态铝的去除率一般低于10％。中国申请号为200610170415.9的专利申请中，苟全伦、栾云堂提出了一种去除饮用水中铝的结构的滤芯及其制备方法，该结构滤芯对饮用水中铝的去除率在85％～99％之间，取得了良好的效果，其使用的主要原料为：80-120份的活性炭粉、130-250份的150万-700万分子量的聚乙烯粉、20-40份的硅藻土助滤剂、15-35份的海泡石粉和20-40份的发孔剂，其原料较多，制作滤芯的过程复杂。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中的铝，从而达到改善水质的目的。

本发明的另一个目的是提供一种用于去除水中铝的过滤介质的制备方法。

为了达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于去除水中铝的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的重量比为：150～300∶100～250∶200～350∶20～80；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

压制压力可以选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为：200～250℃，烧结时间为10～200分钟，冷却至70℃以下可以脱模。在此制作过程中，由于铁元素是一种比较特殊的元素，它的存在经常会发生一些难以预料的反应，在发明人很多次的试验之后，得出在200～250℃的范围内制作出的过滤介质，过滤效果更好。

所述的超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选使用重均分子量为250～400万的聚乙烯。超高分子量聚乙烯可从国内生产厂家得到，如北京东方石油化工有限公司助剂二厂可提供M-I(分子量为150±50万)、M-II(分子量为250±50万)、M-III(分子量为350±50万)、M-IV(分子量为大于400万)等规格的产品。超高分子量聚乙烯的一个作用是粘结和形成过滤介质骨架的作用，另外利用超高分子量聚乙烯通过压制，烧结得到的过滤介质，容易形成微孔，可以起到吸附水中杂质的作用。

活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。

活性炭可以高效吸附水中的杂质，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好。选用医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。活性碳使用粒径为38～250微米的医用活性炭去除镉的效果更佳。

氧化铁也叫做三氧化二铁、铁红、铁丹，是铁锈的主要成分。氧化铁呈红棕色粉末，不溶于水易溶于酸。粉状的氧化铁粉具有特别的电磁学性能和明显的表面效应，本发明将其应用于水处理领域并使用其作为吸附水中铝的一种原料，取得了很好的效果，尤其是和医用活性炭配合使用时，对溶胶态的铝的去除性能良好，平均去除率达到85％以上。而传统的水处理过滤工艺对水中铝的去除率一般在40％左右，其对悬浮态铝有较好的截留，但是对溶胶态铝去除效果并不好，特别是对溶解态铝去除效果差，对溶解态铝的去除率一般低于10％。

另外，可以使用一定的方法对氧化铁粉进行提纯，具体包括的步骤为：首先对氧化铁粉进行脱盐水或纯水洗涤，水洗后的氧化铁粉混浊液经过压滤将其固液分离，控制滤后含水率小于等于40％，将压滤后的氧化铁粉加入脱盐水混合生成氧化铁粉料浆，将氧化铁粉料浆进行湿法研磨，湿法研磨后的氧化铁粉浆液进入离心喷雾干燥塔进行喷雾干燥，使氧化铁粉干燥后含水率小于0.4％，干燥后的氧化铁粉经冷却后得到处理过的氧化铁粉。

选用粒径为11～420微米的氧化铁去除水中铝的效果更好。

发明人在研究中发现，在制备上述的过滤介质的过程中，其中的氧化铁粉的重量如果大于活性炭的重量，可以取得更加好的去除水中铝的效果，具体的原因或原理尚不能确定。

发孔剂选择偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级碳酸氢铵。其中，食品级碳酸氢铵也称食用级碳酸氢铵，与工业级碳酸氢铵相区别。虽然工业级碳酸氢铵也有发孔的作用，但是它可能会含有对健康有害的杂质，不宜用作饮用水过滤介质的生产原料。发孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。

虽然本发明对于上述制备方法中步骤a)中所用的几种原料进行了较为详尽的描述，但是本发明不局限于此种理论。对于在制备过程中它们之间的具体的化学变化、结构的变化尚不能确定。此几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除水中的铝，并且有协同作用，可以将水中的铝充分吸收。

在本发明中，对于混合步骤，可以认为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器都是适用的，比如具有钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等，转速要视混合器的类型而定，但以避免扬起粉尘为宜。

混合后的粉体填装入预先设计好的模具中，通过加压将其压实，压力一般不大于2MPa，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铝、铸铁、钢或任何适当的能承受相应压力和温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油或任何其他的几乎不会吸附到过滤介质上的市售脱模剂，也可以使用脱模纸。

本发明还提供了以下技术方案：一种使用了上述过滤介质的滤芯。

本发明还提供了以下技术方案：一种净水装置，包括上述的过滤介质或者滤芯。

本发明还提供了一种包括上述净水装置的饮水机。

相对于现有技术，本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的铝，去除率达到85％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。

具体实施方式

为能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

实施例1

(1)称取超高分子量聚乙烯粉220g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性碳粉220g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取氧化铁粉300g，所述氧化铁粉的含水率低于0.2％，粒径为11～250微米。

(4)称取食品级碳酸氢铵60克，纯度达到99.99％以上；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结180分钟。

(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例2

(1)称取超高分子量聚乙烯粉220g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性碳粉220g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取氧化铁粉200g，所述氧化铁粉的含水率低于0.2％，粒径为11～250微米。

(4)称取食品级碳酸氢铵60克，纯度达到99.99％以上；

其余步骤和实施例1相同。

实施例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉290g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；

(2)称取医用活性碳粉120g，所述医用活性炭的粒径为89～250微米；

(3)称取氧化铁粉300g，所述氧化铁粉的含水率低于0.2％，粒径为11～78微米。

(4)称取偶氮二甲酰胺70克，其纯度达到分析纯；

其余步骤和实施例1相同。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉280g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-I型产品，其分子量为150万；

(2)称取医用活性碳粉250g，所述医用活性炭的粒径为11～250微米；

(3)称取氧化铁粉320g，所述氧化铁粉的含水率低于0.2％，粒径为250～420微米。

(4)称取草酸30克，其纯度达到分析纯；

其余步骤和实施例1相同。

实施例5

取实施例1～4所得多微细孔的管状滤芯1，2，3，4，内衬两层无纺布，外包两层无纺布，再在外层裹上聚丙烯多孔网，滤芯两端粘接上连接端盖，放置于不锈钢或塑料壳体内，用于处理饮用水，经检测，该结构滤芯对饮用水中的铝的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。表1使用滤芯处理前后的水，测试方法采用ASTM D 857-1995，此测试方法

为美国材料与试验协会制定单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的铝取得了很好的效果。

以上对本发明所提供的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1、一种用于去除水中铝的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化铁粉和发孔剂的重量比为：150～300∶100～250∶200～350∶20～80；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：烧结的温度为200～250℃。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：活性炭为医用活性炭，其粒径为38～250微米。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化铁粉的粒径为11～420微米。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化铁粉的重量大于活性炭的重量。

7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。

8、根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

9、使用权利要求8所述过滤介质的滤芯。

10、一种净水装置，包括使用权利要求8所述的过滤介质或者权利要求9所述的滤芯。

11、一种饮水机，包括权利要求10所述的净水装置。